By hoppt
El rendiment de les bateries d'ions de liti es veu molt afectat per les seves característiques cinètiques. Com que el Li+ s'ha de desolvatar primer quan està incrustat al material de grafit, ha de consumir una certa quantitat d'energia i dificultar la difusió de Li+ al grafit. Per contra, quan s'allibera Li+ del material de grafit a la solució, el procés de solvació es produirà primer i el procés de solvació no requereix consum d'energia. Li+ pot eliminar ràpidament el grafit, la qual cosa condueix a una acceptació de càrrega significativament més pobre del material de grafit. En l'acceptabilitat de la descàrrega.
A baixes temperatures, les característiques cinètiques de l'elèctrode de grafit negatiu han millorat i empitjorat. Per tant, la polarització electroquímica de l'elèctrode negatiu s'intensifica significativament durant el procés de càrrega, cosa que pot provocar fàcilment la precipitació de liti metàl·lic a la superfície de l'elèctrode negatiu. La investigació de Christian von Lüders de la Universitat Tècnica de Munic, Alemanya, ha demostrat que a -2 °C, la velocitat de càrrega supera C/2 i la quantitat de precipitació de liti metàl·lic augmenta significativament. Per exemple, a la velocitat C/2, la quantitat de revestiment de liti a la superfície oposada de l'elèctrode és aproximadament tota la càrrega. 5.5% de la capacitat, però arribarà al 9% amb un augment d'1C. El liti metàl·lic precipitat pot desenvolupar-se encara més i, finalment, convertir-se en dendrites de liti, perforant el diafragma i provocant un curtcircuit dels elèctrodes positius i negatius. Per tant, cal evitar al màxim la càrrega de la bateria d'ions de liti a baixes temperatures. Quan s'ha de carregar la bateria a baixa temperatura, és essencial seleccionar un petit corrent per carregar la bateria d'ions de liti tant com sigui possible i emmagatzemar completament la bateria d'ions de liti després de la càrrega per assegurar-se que el liti metàl·lic precipita de l'elèctrode negatiu. pot reaccionar amb el grafit i tornar a incrustar-se a l'elèctrode de grafit negatiu.
Veronika Zinth i altres de la Universitat Tècnica de Munic van utilitzar la difracció de neutrons i altres mètodes per estudiar el comportament de l'evolució del liti de les bateries d'ions de liti a una temperatura baixa de -20 °C. La difracció de neutrons ha estat un nou mètode de detecció en els últims anys. En comparació amb la XRD, la difracció de neutrons és més sensible als elements lleugers (Li, O, N, etc.), per la qual cosa és molt adequada per a proves no destructives de bateries d'ions de liti.
En l'experiment, VeronikaZinth va utilitzar la bateria NMC111/grafit 18650 per estudiar el comportament de l'evolució del liti de les bateries d'ions de liti a baixes temperatures. La bateria es carrega i es descarrega durant la prova segons el procés que es mostra a la figura següent.
La figura següent mostra el canvi de fase de l'elèctrode negatiu sota diferents SoC durant el segon cicle de càrrega amb una càrrega de velocitat C/30. Pot semblar que al 30.9% de SoC, les fases de l'elèctrode negatiu són principalment LiC12, Li1-XC18 i una petita quantitat de Composició LiC6; després que el SoC superi el 46%, la intensitat de difracció de LiC12 continua disminuint, mentre que la potència de LiC6 continua augmentant. Tanmateix, fins i tot després de completar la càrrega final, ja que només es carrega 1503 mAh a baixa temperatura (la capacitat és de 1950 mAh a temperatura ambient), LiC12 existeix a l'elèctrode negatiu. Suposem que el corrent de càrrega es redueix a C/100. En aquest cas, la bateria encara pot obtenir una capacitat de 1950 mAh a baixes temperatures, la qual cosa indica que la disminució de la potència de les bateries d'ions de liti a baixes temperatures es deu principalment al deteriorament de les condicions cinètiques.
La figura següent mostra el canvi de fase del grafit a l'elèctrode negatiu durant la càrrega segons la taxa C/5 a una temperatura baixa de -20 °C. Es pot veure que el canvi de fase del grafit és significativament diferent en comparació amb la càrrega de tarifa C/30. Es pot veure a la figura que quan SoC> 40%, la força de fase de la bateria LiC12 sota la velocitat de càrrega C/5 disminueix significativament més lent, i l'augment de la força de la fase LiC6 també és considerablement més feble que la del C/30. taxa de càrrega. Mostra que a una taxa relativament alta de C/5, menys LiC12 continua intercalant liti i es converteix en LiC6.
La figura següent compara els canvis de fase de l'elèctrode de grafit negatiu quan es carrega a velocitats C/30 i C/5, respectivament. La figura mostra que per a dues taxes de càrrega diferents, la fase Li1-XC18 pobre en liti és molt similar. La diferència es reflecteix principalment en les dues fases de LiC12 i LiC6. Es pot veure a la figura que la tendència del canvi de fase a l'elèctrode negatiu és relativament propera a l'etapa inicial de càrrega sota les dues taxes de càrrega. Per a la fase LiC12, quan la capacitat de càrrega arriba als 950 mAh (49% SoC), la tendència canviant comença a semblar diferent. Quan es tracta de 1100 mAh (56.4% SoC), la fase LiC12 sota els dos augments comença a mostrar un buit important. Quan es carrega a una velocitat baixa de C/30, la caiguda de l'etapa LiC12 és molt ràpida, però la caiguda de la fase LiC12 a la velocitat C/5 és molt més lenta; és a dir, les condicions cinètiques d'inserció de liti a l'elèctrode negatiu es deterioren a baixes temperatures. , De manera que LiC12 intercalari encara més el liti per generar la velocitat de fase LiC6 va disminuir. En conseqüència, la fase LiC6 augmenta molt ràpidament a una velocitat baixa de C/30, però és molt més lenta a una velocitat de C/5. Això demostra que a la velocitat C/5, el Li més petit està incrustat a l'estructura cristal·lina del grafit, però el que és interessant és que la capacitat de càrrega de la bateria (1520.5 mAh) a la velocitat de càrrega C/5 és més alta que la del C. /30 taxa de càrrega. La potència (1503.5 mAh) és més alta. El Li addicional que no està incrustat a l'elèctrode de grafit negatiu és probable que es precipiti a la superfície del grafit en forma de liti metàl·lic. El procés permanent després del final de la càrrega també ho demostra des del costat, una mica.
La figura següent mostra l'estructura de fase de l'elèctrode de grafit negatiu després de la càrrega i després de deixar-lo durant 20 hores. Al final de la càrrega, la fase de l'elèctrode de grafit negatiu és molt diferent sota les dues velocitats de càrrega. A C/5, la proporció de LiC12 a l'ànode de grafit és més alta i el percentatge de LiC6 és menor, però després de 20 hores, la diferència entre els dos s'ha tornat mínima.
La figura següent mostra el canvi de fase de l'elèctrode de grafit negatiu durant el procés d'emmagatzematge de 20 hores. Es pot veure a la figura que tot i que les fases dels dos elèctrodes oposats encara són molt diferents al principi, a mesura que augmenta el temps d'emmagatzematge, els dos tipus de càrrega L'etapa de l'ànode de grafit sota l'augment ha canviat molt a prop. LiC12 es pot continuar convertint en LiC6 durant el procés de prestatgeria, cosa que indica que Li continuarà incrustat al grafit durant el procés de prestatgeria. És probable que aquesta part de Li sigui un liti metàl·lic que va precipitar la superfície de l'elèctrode de grafit negatiu a baixa temperatura. Una anàlisi posterior va mostrar que al final de la càrrega a la velocitat C/30, el grau d'intercalació de liti de l'elèctrode de grafit negatiu era del 68%. Tot i així, el grau d'intercalació del liti va augmentar fins al 71% després de la prestatgeria, un augment del 3%. Al final de la càrrega a la velocitat C/5, el grau d'inserció de liti de l'elèctrode de grafit negatiu era del 58%, però després de deixar-se durant 20 hores, va augmentar fins al 70%, un augment total del 12%.
La investigació anterior mostra que quan es carrega a baixes temperatures, la capacitat de la bateria disminuirà a causa del deteriorament de les condicions cinètiques. També precipitarà el metall de liti a la superfície de l'elèctrode negatiu a causa de la disminució de la taxa d'inserció de liti de grafit. Tanmateix, després d'un període d'emmagatzematge, aquesta part de liti metàl·lic es pot incrustar de nou al grafit; en ús real, el temps de conservació és sovint curt i no hi ha cap garantia que tot el liti metàl·lic es pugui incrustar de nou al grafit, de manera que pot provocar que continuï existint una mica de liti metàl·lic a l'elèctrode negatiu. La superfície de la bateria d'ió de liti afectarà la capacitat de la bateria d'ió de liti i pot produir dendrites de liti que posen en perill la seguretat de la bateria d'ió de liti. Per tant, intenteu evitar carregar la bateria d'ions de liti a temperatures baixes. Baixa corrent i, després de la configuració, assegureu-vos un temps suficient per eliminar el liti metàl·lic a l'elèctrode de grafit negatiu.
Aquest article fa referència principalment als documents següents. L'informe només s'utilitza per presentar i revisar treballs científics relacionats, l'ensenyament a l'aula i la investigació científica. No per a ús comercial. Si teniu cap problema amb els drets d'autor, no dubteu a contactar amb nosaltres.
1.Valora la capacitat dels materials de grafit com a elèctrodes negatius en condensadors d'ions de liti, Electrochimica Acta 55 (2010) 3330 - 3335, SRSivakkumar, JY Nerkar, AG Pandolfo
2. Revestiment de liti en bateries d'ions de liti investigat per relaxació de tensió i difracció de neutrons in situ, Journal of Power Sources 342 (2017) 17-23, Christian von Lüders, Veronika Zinth, Simon V.Erhard, Patrick J.Osswald, Michael Hofman , Ralph Gilles, Andreas Jossen
3. Revestiment de liti en bateries d'ions de liti a temperatures inferiors a l'ambient investigat per difracció de neutrons in situ, Journal of Power Sources 271 (2014) 152-159, Veronika Zinth, Christian von Lüders, Michael Hofmann, Johannes Hattendorff, Irmgard Buchberger, Simon Erhard, Joana Rebelo-Kornmeier, Andreas Jossen, Ralph Gilles
respon en 6 hores, qualsevol pregunta és benvinguda!
